JP2000238273A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感光体ドラムを帯電させる帯電装置用の電源
装置および駆動回路系の小型化、簡素化、省電力化を図
る。 【解決手段】 インク担持ローラ３０の表面を覆って形
成された導電性インク薄層３６から感光体ドラム１２上
の静電潜像に応じてインク５４を飛翔させ、この飛翔イ
ンク５４を用紙に間接に付着させて画像を形成する画像
形成装置であって、インク担持ローラ３０の表面に絶縁
層４２を設けるとともにこの絶縁層４２から各先端が突
出する多数の微小な導電性突起部４０を形成し、これら
突起部４０に静電潜像とは異なる極性の所定電圧を印加
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク担持体表面
を覆って形成された導電性インク薄層から潜像担持体上
の静電潜像または記録電極に印加される記録電圧に応じ
てインクを飛翔させ、この飛翔インクを記録媒体に間接
または直接に付着させて画像を形成する画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平６−２９５１３１号
公報おいて、潜像担持体上に書き込まれた静電潜像にイ
ンク担持体上から飛翔した導電性インク滴を付着させ、
これにより現像されたインク画像を用紙等の記録媒体に
転写して画像を形成する画像形成装置が提案されてい
る。

【０００３】この種の画像形成装置において導電性イン
ク滴の飛翔力は、静電潜像の電荷とインク担持体上の導
電性インクに誘導注入される電荷との差によって形成さ
れる電界により導電性インクにクーロン力が作用するこ
とで得られる。したがって、そのクーロン力を大きくし
て安定したインク飛翔を実現するための一つの方法とし
て、静電潜像の電位を高くして潜像担持体とインク担持
体間の電界強度を強くする方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電潜
像の電位を高くしようとすれば、潜像担持体表面の帯電
電位を大きくする必要があり、そのためには帯電装置の
電圧を高くしなければならないので、必然的に電源装置
が大型化することになる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記問
題を解決するために、インク担持体表面を覆って形成さ
れた導電性インク薄層から潜像担持体上の静電潜像また
は記録電極に印加される記録電圧に応じてインクを飛翔
させ、この飛翔インクを記録媒体に間接または直接に付
着させて画像を形成する画像形成装置において、上記イ
ンク担持体の表面に絶縁層を設けるとともにこの絶縁層
から各先端が突出する多数の微小な導電性突起部を形成
し、これら突起部に上記静電潜像または上記記録電圧と
は異なる極性の所定電圧を印加することを特徴とする。

【０００６】本発明の画像形成装置において、上記絶縁
層はインク接触角が約５０°以上であり、上記突起部は
インク接触角が約３０°以下であることが好ましい。

【０００７】

【発明の作用及び効果】本発明の画像形成装置によれ
ば、インク担持体表面には導電性インク薄層が形成され
ており、インク担持体表面の各突起部には静電潜像また
は記録電圧の電位とは異なる極性の所定電圧が印加され
ている。この状態でインク担持体が例えば潜像担持体と
対向すると、静電誘導により各突起部の先端に潜像電位
とは逆極性の電荷が集中的に誘起され、この電荷が各突
起部上の導電性インク薄層に注入される。このように注
入された導電性インク薄層の電荷と潜像担持体の電荷と
の差によりこれらの間に電界が形成される。この電界
は、突起部間の絶縁層と潜像担持体との間には発生せ
ず、各突起部と潜像担持体間に集中的に発生する。この
電界の作用によって各突起部周辺のインクに潜像担持体
に向かう方向のクーロン力が働き、これにより突起部上
にインクが盛り上がってメニスカスが形成される。この
際、各突起部の先端はインク担持体表面の絶縁層よりも
突出しているので、突起部先端を覆うインク層にメニス
カスが形成されやすくなっている。

【０００８】このようにメニスカスが形成されたインク
薄層が潜像担持体上の静電潜像に対向すると、メニスカ
スに作用するクーロン力がさらに大きくなり、メニスカ
スの先端からインク滴が分離して飛翔する。飛翔したイ
ンク滴は静電潜像に一旦付着してインク画像となったの
ち記録媒体に転写されて画像が形成されるか、または上
記インク滴が記録媒体に直接付着して画像が形成され
る。

【０００９】このように本発明の画像形成装置によれ
ば、絶縁層から突起部を突出させることにより突起部上
にメニスカスを形成しやすくするとともに、突起部間に
絶縁層を設けることにより突起部に対応する位置で集中
的に電界を発生させるため、低電界強度であってもイン
クが飛翔しやすくなる。これにより、静電潜像または記
録電圧の電位を低くしても安定したインク飛翔を実現で
き、潜像担持体帯電用または記録電圧印加用の電源装置
および駆動回路系の小型化、簡素化、省電力化が可能に
なり、コストを安価にできる。

【００１０】また、静電潜像または記録電圧の電位を低
くできることにより、放電などの他のエレメントに対す
る電気的な影響を低減することもできるため、インク作
像システム全体として安定したものになり、耐久性や環
境変化に対する信頼性を非常に高いものにできる。

【００１１】さらに、本発明の画像形成装置において、
上記絶縁層はインク接触角が約５０°以上であり、上記
突起部はインク接触角が約３０°以下である場合には、
絶縁層によりはじかれたインクが濡れ性のよい突起部上
に集まってメニスカスがより一層形成されやすくなり、
インク飛翔に必要な電界強度をさらに低くできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実
施形態である画像形成装置１０の概略構成図である。こ
の画像形成装置１０は、潜像担持体である感光体ドラム
１２を備えている。感光体ドラム１２は、矢印ａ方向に
回転駆動されるようになっている。感光体ドラム１２の
周囲には、その回転方向に沿って順に、感光体ドラム１
２の表面を均一帯電させるコロナ帯電装置１４と、均一
帯電した感光体ドラム１２の表面に露光して露光部の電
荷を消去することにより非露光部の電荷を残して静電潜
像を書き込む露光装置１６と、書き込まれた静電潜像を
導電性インクで現像するインク現像装置１８と、現像さ
れたインク画像を記録媒体である用紙Ｓに転写する転写
ローラ２０と、転写後の感光体ドラム１２の表面に残留
するインクを回収するクリーニング装置２２と、静電潜
像を消去する除電装置２４とが配置されている。

【００１３】なお、静電潜像の書き込み方式は露光方式
に限定されるものではなく、他の方式、例えばイオンフ
ロー方式、焦電方式、あるいは強誘電体を熱や電気によ
り分極させる方式などによって静電潜像を書き込むよう
にしてもよい。また、多数の微細電極をドラムの表面全
体に形成してもよい。これらの技術は公知のものであ
る。さらに、図示していないが、用紙Ｓに転写されたイ
ンク画像を乾燥して定着させるインク定着装置を必要に
応じて設けてもよい。

【００１４】インク現像装置１８は、図２に示すよう
に、感光体ドラム１２に対向する開口部を有するケーシ
ング２６を備えている。ケーシング２６の内部には、導
電性インク２８が収容されている。ケーシング２６の開
口部には、インク担持ローラ３０が感光体ドラム１２と
の間に僅かな隙間をあけて平行に対向配置されるととも
に矢印ｂ方向に回転駆動可能になっている。インク担持
ローラ３０は、オフセット電源３８に電気的に接続され
ている。ケーシング２６の上部縁部２６ａとインク担持
ローラ３０との間にはシールローラ３２が設けてあり、
これによりインクの漏れと乾燥を防止している。インク
担持ローラ３０に対してシールローラ３２と反対側のケ
ーシング２６の上部縁部には、規制ブレード３４がイン
ク担持ローラ３０との間の隙間を調節可能に設けられて
いる。これにより、インク担持ローラ３０が回転する
と、感光体ドラム１２に対向するインク担持ローラ３０
の表面を覆って導電性インク薄層３６が形成される。こ
のインク薄層３６は、規制ブレード３４を調節すること
により所定厚みに規制することができる。

【００１５】図３（ａ）に示すように、インク担持ロー
ラ３０の表面には多数の微小な突起部４０がマトリック
ス配置で形成されている。ただし、各突起部４０はマト
リックス配置に限定されず、例えば図３（ｂ）に示すよ
うな千鳥配置や、その他の一定パターンの配置であって
もよい。円柱状をなす突起部４０は例えば金属等の導電
性材料からなる。この材料は、インク接触角が約３０°
以下のインク濡れ性のよい性質を有する。また、インク
担持ローラ３０上の各突起部４０には、オフセット電源
３８から潜像電位とは異なる極性、例えばプラスの所定
電圧がそれぞれ印加されるようになっている。なお、イ
ンク担持ローラ３０を直接接地して、上記所定電圧を接
地電圧としてもよい。

【００１６】図４に示すように、インク担持ローラ３０
の表面であって各突起部４０間には絶縁層４２が設けて
あり、各突起部４０の先端が絶縁層４２から突出してい
る。絶縁層４２はインク接触角が約５０°以上であるイ
ンク反発性材料で構成され、その表面張力が４５ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ以下であることが好ましい。好適な材料として
は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リフッ化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリスチ
レン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリ三化
フッ化エチレン、ポリプロピレン、四フッ化エチレン・
エチレン共重合体、パラフィン、ポリ四フッ化エチレ
ン、ヘキサトリアコンタン、六フッ化プロピレンなどが
挙げられる。

【００１７】インク担持ローラ３０の軸方向および回転
方向における突起部４０のピッチｐは、２０〜１００μ
ｍ程度が好ましい。突起部４０の幅ａと突起部４０間の
幅ｂとの比ａ：ｂは、必ずしも１：１でなくてもよく、
７：３〜３：７の範囲であることが好ましい。絶縁層４
２表面からの突起部４０の高さｃは１０〜１００μｍ程
度が好ましい。絶縁層４２の厚みｄは１〜５０μｍ程度
が好ましい。

【００１８】なお、突起部４０の形状は円柱状に限られ
ず、直方体状であってもよい。また、図５（ａ）に示す
ように突起部４０の先端を半球形状としてもよい。この
場合、突起部４０の先端が絶縁層４２から僅かにでも突
出していればよく、絶縁層４２が突起部４０の先端の丸
みを帯びた部分にかかる程度の厚みに形成されていても
よい。また、図５（ｂ）に示すように突起部４０を円錐
状または角錐状に形成してもよいし、図５（ｃ）に示す
ように突起部４０を円錐台状または角錐台状に形成して
もよい。

【００１９】次に、上記構成からなる画像形成装置１０
の動作について説明する。インク担持ローラ３０が矢印
ｂ方向に回転駆動されると、規制ブレード３４で規制さ
れることにより、インク薄層３６が感光体ドラム１２に
対向するインク担持ローラ３０の表面を覆って一様に形
成される。また、インク担持ローラ３０上の各突起部４
０には、オフセット電源３８からプラスの所定電圧が印
加されている。

【００２０】この状態でインク担持ローラ３０上の各突
起部４０が接地された感光体ドラム１２に対向すると、
図６に示すように、各突起部４０の先端には静電誘導に
より潜像電位とは逆極性の電荷すなわちプラス電荷が誘
導され、このプラス電荷が各突起部４０を覆っているイ
ンク薄層３６に注入される。このように注入されたイン
ク薄層３６のプラス電荷と感光体ドラム１２の電荷との
差によりこれらの間に電界が形成される。この電界は、
突起部４０間の絶縁層４２と感光体ドラム１２との間に
は発生せず、各突起部４０と感光体ドラム１２間に集中
的に発生する。この電界の作用によって各突起部４０周
辺のインクに感光体ドラム１２に向かう方向のクーロン
力が働き、これにより突起部４０上にインクが盛り上が
ってメニスカス５２が形成される。この際、各突起部４
０の先端はインク担持ローラ３０表面の絶縁層４２より
も突出しているので、突起部４０の先端を覆うインク薄
層３６にメニスカス５２が形成されやすくなっている。
また、絶縁層４２がインクをはじく性質を有するため、
インク濡れ性のよい突起部４０の周辺にインクが集まり
やすく、これによってもメニスカス５２がより一層形成
されやすくなっている。

【００２１】このようにメニスカス５２が形成されたイ
ンク薄層３６が感光体ドラム１２上のマイナス帯電した
静電潜像に対向すると、メニスカス５２に作用するクー
ロン力がさらに大きくなり、その結果、メニスカス５２
の先端からインク滴５４が分離して飛翔する。飛翔した
インク滴５４は静電潜像に一旦付着してインク画像とな
ったのち、用紙Ｓに転写されて画像が形成される。この
ように、本実施形態の画像形成装置１０では、インク担
持ローラ３０から飛翔したインク滴を感光体ドラム１２
上の静電潜像に一旦付着させてインク画像を形成したの
ち、このインク画像を用紙Ｓに転写するというように、
インク担持ローラ３０からのインク滴を用紙Ｓに間接に
付着させて画像形成を行うものである。

【００２２】以上に説明したように本実施形態の画像形
成装置１０によれば、絶縁層４２から突起部４０を突出
させることにより突起部４０上にメニスカスを形成しや
すくするとともに、突起部４０間に絶縁層４２を設ける
ことにより突起部４０に対応する位置で集中的に電界を
発生させるため、低電界強度であってもインクが飛翔し
やすくなる。これにより、静電潜像の電位を低くしても
安定したインク飛翔を実現でき、感光体ドラム帯電用の
電源装置および駆動回路系の小型化、簡素化、省電力化
が可能になり、コストを安価にできる。

【００２３】また、静電潜像の電位を低くできることに
より、他のエレメント（例えば、インク担持ローラ３
０、インク現像装置１８のケーシング２６、規制ブレー
ド３４など）に対する放電などの電気的影響を低減する
こともできるため、インク作像システム全体として安定
したものになり、耐久性や環境変化に対する信頼性を非
常に高いものにできる。

【００２４】さらに、絶縁層４２はインク接触角が約５
０°以上であり、かつ突起部４０はインク接触角が約３
０°以下であるため、絶縁層４２によりはじかれたイン
クが濡れ性のよい突起部４０上に集まってメニスカス５
２がより一層形成されやすくなり、これによってもイン
ク飛翔電界の強度低下に寄与することができる。

【００２５】ここで、本実施形態の画像形成装置１０を
用いてインク飛翔実験を行った。そのときの条件は次の
ようにした。感光体ドラム１２には、ＯＰＣ感光体ドラ
ムを使用し、感光体ドラム１２の帯電電位（すなわち静
電潜像の電位）を−３００ボルトとし、現像スピード
（すなわち感光体ドラムの周速）を２００ｍｍ／ｓｅｃ
とした。

【００２６】また、インク担持ローラ３０については、
直径を１００ｍｍ、周速を２００ｍｍ／ｓｅｃ、突起部
４０のピッチｐを５０μｍ、突起部４０の幅ａと突起部
４０間の幅ｂの比ａ：ｂを１：１、突起部４０の高さｃ
を２０μｍとし、絶縁層４２の厚みｄを５μｍとした。
このようなインク担持ローラ３０は、まずアルミニウム
管の表面にディッピングによりポリプロピレン樹脂を厚
み５μｍに塗布し、次にエキシマレーザ加工により突起
部４０に対応する位置のポリプロピレン樹脂を円形状に
除去し、そしてアルミニウム管を電極として樹脂除去部
分にニッケルを電気鋳造して突起部４０を形成すること
により製造した。

【００２７】また、各突起部４０にはオフセット電源３
８により＋１．５ｋＶの電圧を印加した。さらに、現像
ギャップｇを５００μｍとした。そして、使用した導電
性インクの組成は、カーボンブラック（ブラック）、ク
ロモフタルイエロー（イエロー）、キナクリドンマゼン
タ（マゼンタ）または銅フタロシアニンブルー（シア
ン）のいずれかを１０ｗｔ％、溶媒として水を８７ｗｔ
％、粘度調整剤としてポリエチレングリコールを１ｗｔ
％、分散剤としてスチレンアクリル酸塩を２ｗｔ％と
し、そのときのインクの表面張力は４５ｄｙｎｅ／ｃｍ
であった。これらの条件の下で実験したところ、インク
は静電潜像に対して良好に飛翔した。

【００２８】これに対し、比較実験では、突起部４０の
高さｃを０としてインク担持ローラ３０を平滑表面と
し、他の条件を上記実験と同様にしたところインクは飛
翔しなかった。これにより、本実施形態の画像形成装置
１０によれば、低電界強度下においても安定したインク
飛翔が可能であることが確認できた。

【００２９】次に、図７，８を参照して本発明の別の実
施形態である画像形成装置６０について説明する。上記
画像形成装置１０では、インク担持ローラ３０から飛翔
したインク滴を用紙Ｓに間接に付着させて画像形成を行
ったが、本実施形態の画像形成装置６０はインク担持ロ
ーラ３０から飛翔したインク滴を用紙Ｓに直接付着させ
て画像を形成するものである。そのために、画像形成装
置６０では、図７に示すように、互いに対向する感光体
ドラム１２とインク現像装置１８との間を用紙Ｓが感光
体ドラム１２と接触しながら搬送されるようにしてあ
る。他の構成は上記画像形成装置１０とほぼ同じである
が、感光体ドラム１２にインクが付着することがないの
でクリーニング装置２２を省くことができる。また、感
光体ドラム１２に対する用紙Ｓの密着性をよくするため
に、一対の密着ローラ６２，６４を必要に応じて設けて
もよい。

【００３０】上記画像形成装置６０におけるインク飛翔
原理は、上記において図６を参照して説明したのと同様
である。図８に示すように、インク滴５４は、インク担
持ローラ３０上の突起部４０に対応する位置から感光体
ドラム１２の潜像部に向けて飛翔し、用紙Ｓに直接付着
して画像が形成される。本実施形態の画像形成装置６０
によってもまた、上記画像形成装置１０と同様の効果を
得ることができる。

【００３１】次に、図９，１０を参照して本発明のさら
に別の実施形態である画像形成装置７０について説明す
る。この画像形成装置７０では、記録電極７２が用紙Ｓ
を介してインク現像装置１８のインク担持ローラ３０に
対向している。用紙Ｓは記録電極７２の下部に接触しつ
つ矢印方向に搬送される。記録電極７２は、図１０に示
すように、用紙搬送方向と直交する方向に沿って等間隔
で配列された多数の個別電極７４と、これら個別電極７
４の周囲を覆う保護絶縁部７６とで構成される。上記個
別電極７４は、画像の画素密度に対応する密度で配置さ
れ、各先端部が記録電極７２の下部に露出している。ま
た、各個別電極７４はそれぞれ、スイッチ７８を介して
電源８０に接続されている。スイッチ７８は、画像情報
に応じて選択的にオンされ、これによりインクを飛翔さ
せてドットを形成すべき位置の個別電極７４にマイナス
極性の記録電圧が印加されるようになっている。なお、
記録電極７２の構成を図１０に例示したが、記録電極７
２はこの形態に限定されるものではなく、他の形態のマ
ルチスタイラス電極を使用してもよい。

【００３２】上記画像形成装置７０におけるインク飛翔
原理は、上記画像形成装置６０の場合と同様である。た
だ、感光体ドラム１２が記録電極７２に置き換えられ、
マイナス電荷を有する潜像部が、マイナス極性の記録電
圧が印加された個別電極７４に代わっただけである。個
別電極７４に記録電圧が印加されると、これに対向する
インク担持ローラ３０の突起部４０に対応する位置から
インク滴が飛翔し、このインク滴が用紙Ｓに直接付着し
て画像が形成される。このように本実施形態の画像形成
装置７０でもまた、上記インク現像装置１８を用いてい
るので、上記画像形成装置１０と同様の効果を得ること
ができる。

【００３３】なお、以上に説明した各画像形成装置１
０，６０，７０では、インク担持体としてローラ３０を
用いたが、図１１に示すように、上記インク担持ローラ
３０と同様の表層構造を有するインク担持ベルト４８を
インク現像装置１８ａに用いてもよい。

【００３４】また、上記説明では静電潜像または記録電
圧の極性をマイナスとして説明したが、これとは逆に静
電潜像または記録電圧の極性がプラスの場合にも本発明
を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態である画像形成装置の概
略構成図。

【図２】 インク現像装置の拡大図。

【図３】 （ａ），（ｂ）は、インク担持ローラ上の突
起部の配置パターンを示す部分拡大平面図。

【図４】 図３（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図。

【図５】 （ａ）〜（ｃ）は、突起部形状の変形例を示
す部分拡大断面図。

【図６】 インク担持ローラ上の突起部に対応する位置
からインクが飛翔する原理を説明するための部分拡大
図。

【図７】 本発明の別の実施形態である画像形成装置の
概略構成図。

【図８】 インク担持ローラ上の突起部に対応する位置
から飛翔したインクが用紙に直接付着する状態を示す部
分拡大図。

【図９】 本発明のさらに別の実施形態である画像形成
装置の概略構成図。

【図１０】 記録電極の部分拡大図。

【図１１】 インク担持体としてベルトを用いた変形例
を示す画像形成装置の概略構成図。

【符号の説明】

１０…画像形成装置、１２…感光体ドラム（潜像担持
体）、３０…インク担持ローラ（インク担持体）、３６
…導電性インク薄層、４０…突起部、４２…絶縁層、５
２…メニスカス、５４…インク滴。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク担持体表面を覆って形成された導
   電性インク薄層から潜像担持体上の静電潜像または記録
   電極に印加される記録電圧に応じてインクを飛翔させ、
   この飛翔インクを記録媒体に間接または直接に付着させ
   て画像を形成する画像形成装置において、 上記インク担持体の表面に絶縁層を設けるとともにこの
   絶縁層から各先端が突出する多数の微小な導電性突起部
   を形成し、これら突起部に上記静電潜像または上記記録
   電圧とは異なる極性の所定電圧を印加することを特徴と
   する画像形成装置。
2. 【請求項２】 上記絶縁層はインク接触角が約５０°以
   上であり、上記突起部はインク接触角が約３０°以下で
   あることを特徴とする請求項１の画像形成装置。